美國高能粒子加速器落幕

知識新知 02/01/2011



由於缺乏資金,美國芝加哥費米實驗室的兆電子伏特加速器,將在今年關閉,這意味著美國原本預期尋獲希格斯粒子的企圖,已畫上了終點。

六點三公里長的環狀兆電子伏特加速器(Tevatron)將在今年停止粒子碰撞,而不是原先計畫的二○一四年。

要看你是在跟誰談話,這可以是一個令人失望的打擊,或是一個清晰的休止符,預示令人振奮的新時代來臨。經過反覆討論,在美國能源部科學辦公室的官員透露,他們已決定不再展延兆電子伏特加速器的經費,這座質子-反質子對撞機設立在伊利諾州巴達維亞的費米實驗室。

這項決定意味著,很久以來被預測存在,而且被認為是賦予其它粒子質量來源的希格斯粒子,其首次發現的機會將交到歐洲的大型強子對撞機(LHC)上,大強子對撞機位於瑞士日內瓦附近的歐洲粒子物理實驗室(CERN)。

科學中心主任布林克曼(Bill Brinkman)在一月十日寄出的一封信裡解釋這個決定,收件者是伊利諾州芝加哥大學的物理學家索海特(Melvyn Shochet),他同時也是能源部的高能粒子諮詢小組主席。二○一○年十月,當時大型強子對撞機苦於進度的落後,高能粒子諮詢小組曾建議,如果獲得三千五百萬美元額外經費的話,美國的加速器機組就將運轉時間延長,到原先計畫關閉時間二○一一年之後。但布林克曼說,這筆錢找不到。他在信中寫道,「不幸的是,目前預算審核的氛圍非常險峻,向外籌款也還沒有著落。」他補充說,兆電子伏特加速器將如期在今年關閉。

對於在兆電子伏特加速器上進行實驗工作的一千兩百位物理學家而言,這項決定是一個重大打擊。這個加速器是世界上僅次於大強子對撞機,能量次高的加速器,而費米實驗室和其他地方的理論粒子物理學家都很喜歡運用這裡的數據工作。「我感到失望,」費米實驗室的主任奧登(Pier Oddone)說,「我們都希望看到兆電子伏特加速器能繼續運轉。」

印第安那大學布魯明頓分校的柯頓(Rick Van Kooten),曾以費米實驗室物理諮詢委員會主席的身分建議延長兆電子伏特加速器的運作。他說,他也對這決定感到失望,但相信真誠的努力將能尋找到所需資金。


「我很高興他們做了一個清楚明白的決定。之前曾憂慮這會是一個冗長乏味的過程。」
——巴泰

兆電子伏特加速器的實驗領導者,去年曾提案延長運轉,他們認為這具加速器平穩運行,加上大型強子對撞機仍存有的技術問題,給兆電子伏特加速器的發現希格斯粒子有一線的機會,一但成功,這榮耀將歸屬於它。

兩個諮詢小組也認為這個物理提案令人信服。但是在康乃狄克州耶魯大學的物理學家巴泰(Charles Baltay),同時也是高能粒子諮詢小組下P5分組的主席,對此一要求審慎以對,他說現在這個不再運轉的決定,與P5分組建議兆電子伏特加速器延長運轉,應由高能物理增加的經費來提供資金,不是從其他美國粒子物理實驗裡抽取經費,有著一致性。「我很高興他們做了一個清楚明白的決定。之前曾憂慮這會是一個冗長乏味的過程。」

在某種程度上,這個決定可以被看作是對P5分組二○○七年與二○○八年間提出的一項方案的支持。根據這一方案,美國與其聚焦在追求國內的「強度尖端」,實現每秒最多的粒子數碰撞,不如將「能量尖端」,也就是涉及到高能粒子碰撞的領域,讓與歐洲的大型強子對撞機。「強度尖端」適合於研究罕見的過程,因此P5分組過往建議投資許多實驗,來做到這一點。這些實驗包括費米實驗室的Mu2e計畫,其將尋找證據來說明緲子不需要微中子便可轉化成電子,而NOνA和長基線微中子實驗,這將可以確定捉摸不定微中子的質量和其他性質,預計將提供線索來解釋宇宙中物質和反物質間的不對稱。

印第安那大學布魯明頓分校的梅西爾(Mark Messier),也是NOνA的共同發言人說,這項決定使得事情變得更容易處理,原因是如果延長運轉的經費被批准的話,那麼各個實驗之間將展開資源的競爭。「我們回到了正軌。這裡有些事是我們現在不用去處理的,」他說。兆電子伏特加速器的延長運轉,就會推遲NOνA的開始,因為微中子實驗的設計是利用兆電子伏特加速器丟棄的回收裝置,一個粒子儲存環。
兆電子伏特加速器的一個實驗,就是費米實驗室對撞機偵測器的共同發言人羅瑟(Robert Roser)說,這個實驗的物理學家將會致力確保當前的運轉能有完美的結局。「我們在酒吧為歐洲的大強子對撞機慶祝一番。我們很自豪我們的成就。」從這機器獲得數據的分析,預計在未來兩至三年將繼續的進行。

奧登說,加速器確切的關閉日期,將在美國國會通過二○一一年度財政預算後明朗化。
【知識通訊評論月刊九十九期】2011.02.01

« 中國航太技術的曲折∣回首頁∣不可迴避的學術文化問題 »